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电子衡器高低温老化试验室的研制

作者: salmon范 编辑: 瑞凯仪器 来源: xh-studios.com 发布日期: 2019.10.17

    1、前言

    随着计量法的深入,电子衡器的应用也越来越广泛,电子衡器正逐步替代老式的称重计量设施,在国内市场的占有额也日渐上升。由于地区的差异,气候条件的不同,要求电子衡器在任何温度情况下都具有高精度的计量性能,因此电子衡器的荷重传感器和微电子元件都必须经过 高低温老化试验,进行必要的温度补偿后,才能保证得到精度稳定和性能优良的电子衡器。为了确保产品的质量和可靠性,必,须建造专门的电子衡器高低温老化试验室以便为厂家的产品提供准确的温度补偿系数。
    2、设计原理和特点
    2.1 高低温老化试验室技术指标
    温室有效空间: 5000mm (L) X2700mm (W)X 2200mm (H)
    温度控制范围: -20℃~500℃
    温度均匀度:温室内有效区域各点温差≤土1℃:
    温度波动度:≤±1℃
    升温时间(满载): 10℃→40℃≤40分钟
    降温时间(满载): 40℃→10℃≤40分钟

    2.2  功能特点

     高低温老化试验室围护结构采用硬质聚氨酯保温材料,从而减少漏热量和满足快速变温的要求;整个系统采用温湿度显示仪表来显示高低温老化试验室的温度和相对湿度,并可在-20℃~+50℃温度范围内保持任意温度设定点;试验室的空气循环采用全面孔板顶送风,机组下回风方式,从而保证温度均匀,工况稳定;而且能保证在从低温和高温的反复循环过程中试件表面不结露;温控系统配备定时器,能实现独立定时关机;并配有双重超温报警装置,同时能即时自动切断相应设备的电源。
    2.3  试验室基本原理
    试验室是由空气处理系统(制冷、加热和送风系统)、冷却系统以及电气控制系统三部分组成。
    制冷系统对试验室的有效区域起了降温和除湿的作用,为了达到升降温速率的要求,系统中配备了三套机组,其中压缩冷凝机组二台,低温机组一台,对应一只双通路表冷器和一台冷风机,便于当试验室温度工况变化时,对机组进行选择开启。同时为了减少冷负荷损失,蒸发机组直接安置在试验室内。
    加热系统是由两组独立且容量相同的电加热管组成,通过单回路过程程序控制器的PID控制,达.到升温和维持设定温度的功能。
送风系统采用全面孔板顶送风的气流组织,气流通过静压层里的混合,均匀地送风至控制区域,有效地保证了高低温老化试验室温度场的均匀性。
    冷却系统由冷却水泵和冷却塔构成,为制冷系统提供冷却水并通过冷凝压力调节装置来控制一年四季的冷却水流量,以满足制冷系统全年运行的目的。

网盟彩票     高低温老化试验室系统装置原理如图1所示。

高低温老化试验室系统装置原理

    3、测控系统

    在电子衡器进行高低温老化试验时,由于衡器老化试验的工艺过程要求从高温到低温再上升至高温,每个测试温度点的恒温时间亦有区别,而且从高温到低温试验时,温湿度上升的斜率控制稍有不当,试件表面就会产生结露现象;此外控制系统还要保证升温或降温速率;当试验室内控制区域温度达到设定值时,必须对制冷机负荷进行选择和调节,从而节约运行费用;在恒温保持阶段之后,当电子衡器的表面温度与中心温度趋于一致时,控制系统能够停机进行试验以测定试件的温度补偿系数。基于上述要求,高低温老化试验室配备具有高速模糊PID控制的过程调节器,PID调节器由比例环节、积分环节和微分环节三部分共同构成。模糊PID算法具有稳态调节精度高,调节反应速度快,能克服系统的超调和抑制系统的欠调,并且过程调节器还能进行满足电子衡器的工艺曲线要求的程序控制的操作。图2是电子衡器老化试验的一-个典型过程曲线。

电子衡器高低温老化试验工艺编程表

    过程曲线是由平直线和斜线组成,斜率是由目标值和运行时间所定。在编程中为了避免试件表面结露现象的发生,不能直接将第一.次停机后的目标温度值设定在40℃,需要增加一个缓冲温度点,根据冷空气特性以及其与电子衡器表面的换热机理,先将缓冲温度点设定为22℃,再由此温度在规定时间内上升至40℃,该过程均通过模糊PID调节器控制电加热量来实现的。

网盟彩票     在此典型温度控制过程中,过程调节器根据室内温度传感器的模拟信号值通过A/D转换后与设定值进行比较,然后输出SSR驱动电压调节信号,利用交流调功方式控制电加热量;同时按升降温速率要求的设定温度点发出事件输出信号,通过吸合事件继电器来控制制冷机和风机的停开。

数据通讯示意图

    实践证明,这种控制方式能将试验室温度波动稳定在土0.3℃以内。
    由于电子衡器进行高低温老化试验的最终目的是为了获取对衡器荷重传感器的温度补偿系数,因此计算机系统除了对衡器自身的荷重参数进行数据采集外,在停机试验的同时还必须采集当前的实际温度值,图4给出了过程调节器与计算机之间的通讯示意图。通讯时,计算机必须根据过程调节器以及衡器本身的通讯接口设定的地址,共同约定数据格式、波特率等通讯规约,发送通讯文件,调节器在接受地址符合接收字符格式和校验正确后,才能进行正常的通讯。

    4、试验结果及分析

    为了考核所建造的电子衡器高低温老化试验室的设计、制造是否合理,根据GB10592 - 89《高低温试验箱技术条件》中第4款(技术要求)和第5款(试验方法)中的内容,对试验室进行了温度均匀性和波动性的计量标定试验,在试验室内布置21个温度计测点,温度计采用二等标准水银温度计,测点在试验室内的分布设置情况如图5所示。

    经测试,各个测点的平均温度值如表1所示。从测试结果可以看出,当标称测试温度为一15℃时,室内温度均匀性为土0.7℃,温度波动性小于士0.2℃;而当标称测试温度为45℃时,室内温度均匀性为土0.9℃,温度波动性小于土0.3℃。

计量标定试验温度测试点分布图

    5、结论

    商用衡器、电子天平、汽车衡器等各类电子衡:器产品已经进人了微电子时代,对荷重传感器的精度要求也越来越高,作为集机械、制冷、计算机等机电一体化的电子衡器高低温老化试验室的使用不:仅能提高生产效率,同时又能获得精确的传感器的温度补偿系数。实际应用的结果表明高低温老化试验室采用进口可编程的单回路PID过程调节器,自动调整高低温老化试验室温度,并通过RS485通讯线与计算机进行串行通讯,达到了温度控制准确,均匀性好,波动度小,并且保证了试件表面在高低温老化试验过程中做到不发生结露,确保了产品的优良质量。
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